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打造无畏的心脏6-高压锅炉-走向第二次世界大战

打造无畏的心脏

1905年10月2日,皇家海军划时代的“无畏”号战列舰公开下水,震惊了全球海军,作为第一艘“全装重型主炮”(All Big Gun)的战列舰,“无畏”号的出现开启了“无畏舰”时代的来临,从此“全装重型主炮”的战列舰,被统称为“无畏舰”,而在此之前的战列舰,则被称为“前无畏舰”。

与引人瞩目的“全装重型主炮”的武备设计一样,“无畏”号战列舰在动力设计上同样是划时代的,在“无畏”号上,蒸汽轮机第一次作为战列舰的动力主机出现,从此成为了战列舰动力的主流,不过,战列舰汽轮机动力的发展,并非像“全装重型主炮”概念那样迅速一统天下,而是经历了相当曲折的过程。

高压锅炉-走向第二次世界大战

第一次世界大战之后,舰用锅炉压力有了长足的发展,一战前,各国的舰用水管锅炉工作压力,长期都在1.5-2兆帕,蒸汽温度在200-300℃,例如皇家海军直到一战后期,锅炉工作压力都是1.6兆帕上下,蒸汽温度大约在300℃,这意味着锅炉无论是单位功率还是单台功率都相当难看,这样一来大型战舰,尤其是高速战舰往往需要安装大量的锅炉,比如“无畏”号战列舰就安装了18台锅炉,输出功率23000轴马力,而无敌级战列巡洋舰的锅炉数则高达31台,输出功率41000轴马力,而到狮级和声望级甚至高达42台锅炉,输出功率分别为70000轴马力和112000轴马力。数量庞大的锅炉占用了大量的舱室空间和甲板面积以及排水量。

从一战后期开始,随着技术的发展,细管锅炉开始取代大管锅炉,细管锅炉可以安装更多水管,加热面积远远大于大管锅炉,锅炉的工作压力和蒸汽温度都在提升,不过,华盛顿海军条约中断了新战列舰的建造,所以各国都在致力于对旧战列舰进行改装,这也给我们对新旧动力系统的对比提供了很好的参照,二战爆发前,皇家海军对五艘伊丽莎白女王级中的三艘(“伊丽莎白女王”号,“勇敢”号和“厌战”号)进行了彻底的改造,其中包括彻底更换动力系统,将24座亚罗式锅炉,换成了8座工作压力更高,蒸汽温度更高的海军部式三鼓锅炉,将两台各驱动两个螺旋桨的直结式汽轮机,换成了四台各驱动一个螺旋桨的帕森斯齿轮联动减速汽轮机,输出功率从75000马力提升为80000马力,动力系统重量降低了1500吨之多,而最大功率下的燃油消耗降低了34%之多,从每小时41吨降到了27吨。接受了同样的动力系统改造的还有“声望”号战列巡洋舰,“声望”号的42座亚罗锅炉,被替换为8座工作压力近2.8兆帕的海军部式锅炉,汽轮机也被替换为四台帕森斯齿轮联动减速汽轮机,输出功率从112000轴马力提升到120000轴马力,而最为重要的是,这一改造使得动力系统节省了2800多吨的重量,同时腾空了位于前部的锅炉舱,腾空的锅炉舱的一部分被作为4.5英寸高平两用炮的弹药库,而节省的重量,相当大的一部分被用于加强战舰的水平防护,尤其是新增加的4.5英寸弹药库的防护。“声望”号的改造非常成功,但是她也是皇家海军在二战前最后一艘完成改造的主力舰,“胡德”号因为在建造时就采用了早期的亚罗型细管锅炉(工作压力1.6兆帕)和布朗-寇蒂斯齿轮减速涡轮机,在当时都属于先进技术,所以尽管到30年代后期这些早期型的动力设备已经老化故障不断,但是由于经费和任务等综合考虑,“胡德”号的改造计划还是被排到了1941年,而改造方案与“声望”号相似,也包括全面更换锅炉和主机,加强防护等。在丹麦海峡海战之后,英国皇家海军的调查显示,“胡德”号的沉没,最大的可能性是被击中了临时扩建而防护不足的后部4英寸高炮弹药库引发殉爆,最终导致了主炮弹药库殉爆——如果“胡德”号能够获得类似“声望”号的改造,那么这样的情况很大概率就不会发生了。

改造后的声望号


改造后的厌战号


当30年代中后期停止建造新战列舰的条约条款失效之后,各主要海军国家纷纷开始建造自己的新战列舰,这个时候,齿轮联动减速涡轮机已经成为大中型战舰动力的主流,而船用细管高压水管锅炉经过多年的发展也已经非常成熟,条约型和后条约型战列舰这最后的一批霸王龙,几乎清一色的选择了这一动力组合,但是,在锅炉压力方面,各国仍然有不同的选择,英国皇家海军在国王乔治五世级上选择了比较保守的2.8兆帕,这一方面可能是对可靠性的顾虑,另外一方面也可能是出于节省成本的考虑,毕竟以大英帝国在一战后的经济状态,维持一支规模庞大的皇家海军在财政上已经颇为捉襟见肘了;而德国人在这方面却显得颇为激进,沙恩霍斯特级和俾斯麦级的锅炉工作压力大约在5.9——6.9兆帕,而驱逐舰锅炉工作压力甚至超过7兆帕,不过,激进的选择有好处也是必然要付出代价的,高压力锅炉虽然一定程度上减轻了动力系统的重量和体积,但是以当时的技术,这样的压力应用在有重量体积限制的舰用锅炉上,以可靠性和易损件寿命为代价几乎是必然发生的,除俾斯麦级的动力系统实际使用时间较短外,战前就服役并活动频繁的沙恩霍斯特级和驱逐舰的轮机部门都饱受频繁出现的锅炉易损件问题导致的各种小毛病折磨。而美国海军在这个方面就显得比较中庸,自一战后期的威克斯级驱逐舰上试用了4兆帕锅炉并取得成功之后,美国海军的战舰锅炉设计压力就基本稳定在这个数值上,条约型战列舰北卡罗来纳级和南达科他级,以及后条约型战列舰衣阿华级的锅炉设计工作压力,基本都在3.95——4.15兆帕区间,从衣阿华级战列舰的动力系统在没有进行过开膛破肚式的彻底更换的情况下,经过长期使用和封存启封之后仍然能全力运转并达到服役期间非正式航速记录来看,美国海军在工况和可靠性两方面的均衡选择还是相当成功的。

当今,虽然战列舰已经彻底退出了海战舞台,但是随着核动力的发展,汽轮机仍然活跃在核动力舰船上,当然,这就是另外一个故事了。

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